昭陽(yáng)煤礦瞬變電磁法超前探測(cè)技術(shù)研究

1、昭陽(yáng)煤礦瞬變電磁法超前探測(cè)技術(shù)研究 【摘 要】為了準(zhǔn)確測(cè)定迎頭前方富水性情況以及水文地質(zhì)參數(shù)，本文采用礦井瞬變電磁超前探測(cè)技術(shù)對(duì)昭陽(yáng)煤礦三水平-520回風(fēng)大巷迎頭進(jìn)行了地質(zhì)條件探測(cè)與預(yù)報(bào)，通過對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)研究處理，定量分析了迎頭前方巖體的含水和地質(zhì)構(gòu)造情況。 【關(guān)鍵詞】昭陽(yáng)煤礦；瞬變電磁探測(cè)；含水性；地質(zhì)構(gòu)造 1 巷道掌子面地質(zhì)現(xiàn)狀 本文中超前探測(cè)于2013年1月10日在三水平-520回風(fēng)大巷掘進(jìn)巷道測(cè)量點(diǎn)20前16.5m處展開。目前-520回風(fēng)大巷迎頭斷面巖性較復(fù)雜，揭露為上層充填方解石脈的灰?guī)r，中間夾有煤線，下層為含有多云母片的火成巖，且含有生物化石。底板有距迎頭有6.7m范圍積水（為打錨桿

2、滴水），迎頭頂部上方有少量錨桿等其他金屬物件。 2 瞬變電磁探測(cè)技術(shù) 2.1 探測(cè)地球物理?xiàng)l件 從巖性物性差異角度分析，煤層、灰?guī)r相對(duì)其它巖層為高電阻率阻層，若巖層含水，則隨著其含水率的增加電阻率值減小。因此，巖層電阻率的變化除與巖層巖性本身有關(guān)外，其含水性也起決定作用，故在灰?guī)r等高阻地層中，地層含水，表現(xiàn)為低電阻率值；相反，則表現(xiàn)高電阻率值。 2.2 基本原理 瞬變電磁法屬時(shí)間域電磁感應(yīng)方法。其探測(cè)原理是：在發(fā)送回線上供一個(gè)電流脈沖方波，在方波后沿下降的瞬間，產(chǎn)生一個(gè)向回線法線方向傳播的一次磁場(chǎng)，在一次磁場(chǎng)的激勵(lì)下，地質(zhì)體將產(chǎn)生渦流，其大小取決于地質(zhì)體的導(dǎo)電程度，在一次場(chǎng)消失后，該渦流不會(huì)立

3、即消失，它將有一個(gè)過渡（衰減）過程。該過渡過程又產(chǎn)生一個(gè)衰減的二次磁場(chǎng)向掌子面?zhèn)鞑?，由接收回線接收二次磁場(chǎng)，該二次磁場(chǎng)的變化將反映地質(zhì)體的電性分布情況。 瞬變電磁場(chǎng)在大地中主要以“煙圈”擴(kuò)散形式傳播，電磁能量直接在導(dǎo)電介質(zhì)中傳播而消耗，高頻部分主要集中在地表附近，且其分布范圍是源下面的局部，較低頻部分傳播到深處，且分布范圍逐漸擴(kuò)大。 2.3 礦井瞬變電磁探測(cè)特點(diǎn) 由于井下特殊施工環(huán)境，礦井瞬變電磁法與地面瞬變電磁法及其它礦井物探方法有很大不同，主要有以下幾方面特點(diǎn)： （1）與地面瞬變電磁法相比具有測(cè)量設(shè)備輕便，工作效率高，成本低等優(yōu)點(diǎn)，可用于其他礦井物探方法無法施工的巷道； （2）異常體感應(yīng)信

4、號(hào)較強(qiáng)，具有較高的探測(cè)靈敏度； （3）探測(cè)目標(biāo)區(qū)域更具針對(duì)性； （4）受發(fā)射電流關(guān)斷時(shí)間的影響，早期測(cè)量信號(hào)畸變，無法探測(cè)到淺層的地質(zhì)異常體，一般存在1020m左右的淺部探測(cè)盲區(qū)； （5）井下施工時(shí)，測(cè)量數(shù)據(jù)容易受到金屬物（采煤機(jī)械、變壓器、金屬支架、排水管道等）的干擾，需要在資料處理解釋中進(jìn)行校正或剔除。 煤層通常為高阻，礦井瞬變電磁法同樣面臨全空間電磁場(chǎng)分布的問題。但可利用小線框體積效應(yīng)小、電磁波傳播具有方向性的特點(diǎn)，通過改變線框平面方向并結(jié)合地質(zhì)資料來判斷地質(zhì)異常體的空間位置。 3 現(xiàn)場(chǎng)工作技術(shù)方法 本次探測(cè)于2013年1月10日完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集，現(xiàn)場(chǎng)位于-520回風(fēng)大巷測(cè)量點(diǎn)20前方1

5、6.5m處。 由于該巷道迎頭立面較小，礦井瞬變電磁法的發(fā)射和接收線圈的幾何尺寸受到一定的制約?，F(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)系統(tǒng)布置時(shí)只能采用多匝小回線的發(fā)射和接收裝置形式，即邊長(zhǎng)為2m。測(cè)點(diǎn)布置在巷道迎頭里面附近，從巷道迎頭左側(cè)開始，首先使發(fā)射、接收天線的法線垂直巷道左幫進(jìn)行測(cè)量（測(cè)點(diǎn)布置如圖1），每個(gè)測(cè)點(diǎn)處在豎直方向上采集3組數(shù)據(jù)，依此為超前頂板、超前順層、超前底板，其中頂板和底板方向數(shù)據(jù)采集時(shí)天線法線方向約與迎頭立面成45，順層方向采集時(shí)天線與迎頭立面垂直；然后在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)天線，使天線的法線方向與巷道的左側(cè)分別成60、45和30的夾角進(jìn)行探測(cè)。當(dāng)天線的法線方向與巷道迎頭界而垂直時(shí)，根據(jù)其主迎頭斷面的寬度布置

6、2-3個(gè)測(cè)點(diǎn)；到巷道迎頭右側(cè)時(shí)類似左側(cè)方法分別成30、45、60和90的夾角進(jìn)行探測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)從多個(gè)角度采集數(shù)據(jù)，稱之為“扇形”測(cè)深系統(tǒng)技術(shù)。 圖1瞬變電磁觀測(cè)系統(tǒng)布置示意圖 4 數(shù)據(jù)處理及結(jié)果解析 4.1 數(shù)據(jù)處理 本次瞬變電磁探測(cè)數(shù)據(jù)處理采用ycs40（a）型礦井瞬變電磁儀配套的mtem2.0處理系統(tǒng)，處理流程主要包括：數(shù)據(jù)上傳-格式轉(zhuǎn)換-數(shù)據(jù)濾波處理-計(jì)算晚期視電阻率-正反演計(jì)算-結(jié)果成圖。 數(shù)據(jù)處理時(shí)，以-520回風(fēng)大巷掘進(jìn)巷道測(cè)量點(diǎn)20為控制點(diǎn)，迎頭處為零點(diǎn)，掘進(jìn)迎頭前方為x軸正方向，建立空間笛卡爾坐標(biāo)系，該坐標(biāo)系與掘進(jìn)巷道實(shí)際測(cè)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。 4.2 結(jié)果解析 由圖2中的3個(gè)視電阻率剖面，從左至右分別為掘進(jìn)巷道45傾頂板、順層和45（相對(duì)巷道走向）傾底板方向視電阻率擬斷面圖；每一幅圖中從左至右分左幫、迎頭和右?guī)?個(gè)探測(cè)目標(biāo)，從觀測(cè)系統(tǒng)中可以看出，本次探測(cè)的所有測(cè)點(diǎn)均分布在巷道平面上，為重點(diǎn)解釋區(qū)域；本次實(shí)際探測(cè)掘進(jìn)巷道迎頭前方90m，解釋迎頭前方90m，盲區(qū)10m。 針對(duì)前方探測(cè)結(jié)果解釋如下：圖2中，-520回風(fēng)巷道掌子面前方55m范圍內(nèi)巖層電阻率值均高于10.m，表明該范圍內(nèi)巖層含水性差；5570m范圍電阻率值相對(duì)變低，推斷為前方巖性變化或含水所致；709